I stereolitografi (SLA) 3D-utskrift skapas objekt genom att ljus härdar flytande resin lager för lager, vilket ger mycket detaljerade och exakta utskrifter. Ett typiskt SLA-system fungerar genom att bygga upp ett objekt genom att varje lager av resin härdas genom exponering för ljus, oftast UV-ljus. Djupet av nedsänkningen av byggplattformen i resinet motsvarar höjden på varje lager i STL-filen, vilket avgör de yttre dimensionerna för varje 2D-lager i den slutliga 3D-modellen. Plattformen upprepar sin rörelse ner i och ut ur resinet, och varje nedsänkning bildar ett nytt lager tills hela objektet är skapat. Efter att utskriften är klar tvättas objektet för att ta bort all oreaktiverad resin. Ibland används ytterligare behandlingar, som uppvärmning eller ytterligare fotohärdning, för att förbättra de mekaniska egenskaperna hos den utskrivna delen.

Resinet i SLA-utskrift innehåller inte bara monomerer och fotoinitiatorer utan även stabilisatorer och UV-absorberande ämnen som reglerar polymeriseringens djup. Det är dessa komponenter som säkerställer en jämn och kontrollerad polymerisation av resinet. SLA-tekniken möjliggör mycket hög upplösning i utskrifterna, där faktorer som ljusintensitet, härdningstid per lager och utskriftshastighet påverkar den slutliga upplösningen. För att uppnå hög upplösning är även fotonflödet, som används under polymeriseringsprocessen, avgörande.

Det finns två huvudtyper av SLA-utskrift beroende på systemets konfiguration: top-down och bottom-up. I top-down-systemet hålls byggplattformen under resinyta och sänks efter varje lager härdats för att tillåta nytt resin att fylla på och härda nästa lager. I bottom-up-systemet är basen på resinbehållaren transparent så att ljuset kan passera genom ett fönster. Här exponeras resinet underifrån och byggplattformen rör sig uppåt efter att ett lager härdats. Bottom-up-metoden innebär att de utskrivna delarna utsätts för större mekaniska påfrestningar eftersom varje lager måste separeras från basplattan, men den har fördelen att den kräver mindre resin och att lagret inte är direkt i kontakt med luft, vilket minskar inhiberingen orsakad av syre.

Laser-SLA, som även kallas vektorbaserad stereolitografi, använder en laser för att härda tunna lager av resin genom att skanna lasern över ytan. Laserns rörelse och hastighet kontrolleras av två galvanometrar och ett optiskt system. För att uppnå hög upplösning måste flera faktorer beaktas, som hur lasern skannar över lagret, noggrannheten i plattformens rörelse och optimerad resinblandning. Laser-SLA-system kan ge mycket hög upplösning, ned till 10 mikrometer, och är användbara för att skapa objekt med komplex geometri.

En annan framväxande teknik är Digital Light Processing (DLP), som erbjuder ännu högre upplösning än traditionell SLA. Till skillnad från den traditionella laser-SLA-systemet, där varje punkt på lagret härdas sekventiellt, exponeras hela lagret på en gång genom en DLP-projektor. Detta gör att DLP-system kan skriva ut snabbare, vilket är en stor fördel över traditionell SLA. DLP-systemen har vanligtvis en bottom-up-konfiguration och kräver mindre resin. De använder en digital spegelanordning (DMD), som består av ett nätverk av speglar som kan justeras individuellt för att styra ljusflödet, vilket gör det möjligt att uppnå mycket hög upplösning. DLP-system kan nå en upplösning på 25 mikrometer och används för att skriva ut detaljerade objekt snabbt.

Trots dessa fördelar har DLP-system också sina begränsningar. De är idealiska för att skriva ut skarpa hörn, men för böjda ytor kan det förekomma sågklingeliknande ytroughness. Dessutom är DLP-system mer lämpade för att skriva ut små objekt med hög upplösning, eftersom storleken på pixlarna måste minskas för att uppnå högre upplösning, vilket begränsar byggstorleken.

En mer innovativ teknik som har introducerats är Continuous Light Interface Production (CLIP). Denna teknik använder samma ljusprojektion som DLP men skiljer sig genom att utskriften inte sker lager för lager. Istället använder systemet syre som polymeriseringshämmande medel. En syrepermeabel glasruta och fluorpolymer vid botten av resinbehållaren skapar en "död zon" där resin förblir oförändrat på grund av hög syrehalt. Utskriften börjar endast när syrehalten är tillräckligt låg för att förhindra polymerisering. Resultatet är en monolitisk utskrift utan lagergränser, vilket resulterar i förbättrade mekaniska egenskaper jämfört med DLP.

De tekniska framstegen inom SLA-teknik, inklusive CLIP, har dramatiskt minskat utskriftstiden. CLIP-utskrifter kan vara upp till 100 gånger snabbare än traditionella SLA-tekniker, vilket gör det möjligt att skapa högupplösta objekt på en bråkdel av tiden.

För den som använder SLA-teknik är det också viktigt att beakta hur varje system påverkar materialvalet och den mekaniska styrkan hos de utskrivna objekten. Till exempel kan DLP ge mycket hög upplösning för små och detaljerade objekt, medan CLIP-tekniken möjliggör snabbare produktion av starka och funktionella delar.

Hur SLA-utskrift revolutionerar mikrofluidiska system och framtida möjligheter

Det har blivit allt tydligare att stereolitografisk 3D-utskrift (SLA) har en enorm potential för att tillverka mikrofluidiska enheter med anpassade funktioner och materialegenskaper. Trots de framsteg som gjorts de senaste åren är SLA-utskrift för mikrofluidik fortfarande en utmaning när det gäller att integrera flera material i en enda utskrift. Vanligtvis används SLA-utskrift med ett enda material för att skapa mikrofluidiska system, där den 3D-geometriska designen och de inneboende materialegenskaperna används för att uppnå den önskade funktionen. Rogers och kollegor konstruerade en mikrofluidisk enhet med integrerade pneumatiska ventiler som fungerade under 800 aktiveringar. Enheten tillverkades med SLA och anpassad harts och inkluderade en 3D-utskriven membran på 100 μm som en del av enheten. Membranets flexibilitet gjorde att extern tryck ledde till en lokal deflektion, vilket användes för att försegla in- och utlopp, effektivt stänga ventilen. Ventilen öppnades när det externa trycket släpptes och membranet återgick till sitt ursprungliga läge.

Modulära mikrofluidiska enheter har också skapats med SLA-utskrift. Bhargava och hans team har framställt integrerade mikrofluidiska enheter som inkluderar gradientgeneratorer, mikrodroppsgeneratorer och optiska droppsensorer genom att sätta samman diskreta, omkonfigurerbara komponenter som skrivits ut med SLA. Yuen å sin sida presenterade ett modulärt mikrofluidiskt system där flera komponenter, inklusive ett moderkort med vätskeförbindelser och vätskeföringsinsatser, tillverkades individuellt genom SLA-utskrift.

I detta sammanhang är en av de stora utmaningarna som forskare möter behovet av att tillverka fullt integrerade enheter där olika materialegenskaper krävs för olika delar av enheten. Att skapa sådana enheter genom att använda SLA-utskrift av flera material på en och samma gång är fortfarande en ny och utmanande teknik. Detta är ett spännande forskningsområde som kan ge stora framsteg för framtida mikrofluidiska tillämpningar.

Under de senaste tio åren har SLA-baserade tekniker visat sig vara en mycket lovande metod för tillverkning av mikrofluidiska enheter med skräddarsydda funktioner och materialegenskaper. Den största fördelen med SLA jämfört med traditionella tillverkningsmetoder, som PDMS-molning, är den stora flexibiliteten när det gäller att designa och skriva ut komplexa geometriska strukturer med hög upplösning. Den här tekniken gör det också möjligt att producera enheter med funktioner som tidigare var svåra att åstadkomma, som mikroskopiska kanaler och valv. SLA-utskrift erbjuder också ökad reproducerbarhet och standardisering, vilket är avgörande för att kunna tillverka mikrofluidiska system på ett effektivt sätt.

Trots dessa fördelar finns det också några nackdelar som fortfarande måste hanteras. En av de största begränsningarna för SLA-utskrift är det begränsade utbudet av material som är kompatibla med SLA-tekniken. Även om forskningen har gjort stora framsteg i utvecklingen av nya hartser med förbättrade mekaniska egenskaper och kemisk resistens, kvarstår problemet med att skapa enheter som kräver olika materialegenskaper för olika delar av enheten. Multi-material 3D-utskrift har potential att lösa detta problem, men det är fortfarande en teknik under utveckling. En stor utmaning är att lyckas med att skriva ut flera material i en enda utskrift, vilket kräver noggrant justerade skrivartillbehör och förfinade utskriftsinställningar.

En annan stor fördel med SLA-tekniken är den förmåga att kontrollera ljusets genomträngning genom hartset genom användning av specifika tillsatser, som fotoblockerare. Detta har möjliggjort att man kan skriva ut enheter med inneslutna kanaler på mikrofluidisk skala, något som tidigare var svårt att uppnå. Genom att förstå och kontrollera parametrar som utskriftens lagerhöjd och utskriftstid kan man skapa mycket exakta mikrofluidiska system. SLA-teknikens utveckling från att kunna skriva ut millifluidiska till mikrofluidiska enheter är en betydande prestation och öppnar nya möjligheter för mikrofluidiska tillämpningar.

SLA-utskriftens möjlighet att skapa komplexa geometrier har också lett till att nya tillvägagångssätt för att begränsa tjockleken på de utskrivna objekten vid hartsgränssnittet nu kan utnyttjas. Detta kan ge ytterligare fördelar och öppna upp nya användningsområden för SLA-tekniken inom mikrofluidik. Genom att förfina förståelsen för hur materialet härdar och hur ljuspenetrationen påverkar utskriftskvaliteten, kan vi förvänta oss stora framsteg i tekniken under de kommande åren.

För att ytterligare förbättra SLA-teknikens användbarhet för mikrofluidiska enheter, måste forskningen fokusera på att utveckla nya material som är mer mångsidiga och som kan integrera olika funktioner i en och samma enhet. Förutom att utveckla nya hartser som har förbättrade mekaniska och kemiska egenskaper, måste också utskriftsprocessen optimeras för att kunna tillverka enheter som kräver specifika materialkomponenter på olika ställen i enheten.

Hur teknologiska innovationer formade civilisationerna: Från antikens vetenskap till medeltidens maskiner
Hur man utnyttjar Google Hacking för att hitta känslig information
Hur man arbetar med closures och deras kraftfulla tillämpningar i programmering
Hur fungerar sCO2-turbinen och vilka utmaningar finns?